1.2 hardware

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1.2
HARDWARE
1.2.1 Componenti principali di un computer
All’interno del computer si possono individuare quattro componenti principali:
Microprocessore: contiene la CPU (Central Process Unit o Unità centrale, che è il nucleo del computer) e i
circuiti di controllo. Si tratta del componente che esegue le istruzioni dei vari programmi e sovrintende al
funzionamento dell’intera macchina.
Memoria RAM (Random Access Memory): è la memoria dove vengono conservati i dati in corso di
elaborazione (i documenti aperti) e le istruzioni del programma in esecuzione; si tratta di una memoria
temporanea che si cancella completamente quando si spegne il computer.
Memoria ROM (Read Only Memory): è una memoria permanente di sola lettura che viene scritta una sola
volta in fase di fabbricazione del computer, dopodiché non può essere più modificata (esistono però anche le
EPROM - Electric Programmable ROM - realizzate secondo una tecnologia che consente, in particolari
condizioni, la cancellazione e riscrittura del contenuto). Vi vengono registrate le informazioni fisse, come ad
esempio tabelle di conversione di codici o le istruzioni del programma di avviamento (boot) che si attiva
all'accensione della macchina.
Hard Disk: o Disco Fisso è la memoria permanente del computer, in cui si conservano tutti i documenti, i
dati e i programmi. Viene usato come memoria di immagazzinamento (è detto per questo anche memoria di
massa).
Il funzionamento del computer si basa sul continuo rapidissimo trasferimento di segnali elettrici fra questi
componenti e fra gli stessi e le periferiche esterne. Propagandosi fra i milioni di circuiti che compongono il
computer questi segnali attivano/disattivano continuamente altri circuiti producendo nuovi segnali che vanno
a comandare altre parti, e così via per centinaia di milioni di volte ogni secondo. In definitiva il funzionamento
del computer (l'esecuzione di istruzioni) è essenzialmente questo.
Tutti i dispositivi che mettono in comunicazione (nel senso più ampio) il computer con l’esterno sono detti
genericamente Periferiche oppure Dispositivi periferici di Input/Output (o di I/O, o di Ingresso/Uscita). Alcuni
dispositivi sono solo di ingresso perché inviano dati al computer ma non ne ricevono mai (come il mouse e la
tastiera), altri sono solo di uscita perché ricevono dati dal computer senza inviarne mai (come il monitor e le
casse
audio),
altri
sono
contemporaneamente
di
ingresso
e
di
uscita
(come
i
dischi).
I dispositivi più comuni sono:
Tastiera, Mouse, Monitor, Lettore CD-Rom e Floppy - quasi sempre presenti;
Stampante e Audio (casse, microfono) – spesso presenti, ma non essenziali per il funzionamento della
macchina;
Rete (con collegamento diretto, oppure attraverso un Modem).
Inoltre possono essere presenti: Masterizzatore, Scanner, Videocamera, ecc.
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alcuni dei dispositivi di I/O, per poter essere collegati alla macchina, richiedono la presenza di una scheda
d’espansione inserita all’interno del computer. Ad esempio il monitor richiede solitamente la presenza di una
scheda video, le casse richiedono una scheda audio, ecc.
1.2.2 Componenti interni di un computer
Aprendo la cassa di un computer si possono vedere i suoi componenti interni, collegati fra loro con una
grande quantità di cavi e fili; si tratta in tutto di una decina di "pezzi" (un po' meno nei computer di marca):
-fissate a delle staffe sulla parte anteriore del PC si trovano le scatole metalliche dell'hard disk e dei drive per
floppy e CD;
-nella parte posteriore si trova la scatola dell'alimentazione con il trasformatore elettrico e relativa ventola di
raffreddamento;
-al centro si trova un grande circuito stampato chiamato Scheda Madre, che contiene una grande quantità di
componenti (fra cui altre schede più piccole, incastrate su degli appositi supporti).
Scheda Madre (Motherboard):
La scheda madre fa da supporto e connessione per tutti i componenti interni del computer e contiene inoltre
una serie di circuiti (chipset, cache, BIOS) adibiti al controllo delle varie parti. I modelli in commercio sono
molte decine e ne escono sempre di nuovi. Spesso nei computer di marca le schede madri svolgono anche
le funzioni audio, video e rete (che nei PC assemblati si trovano invece sempre su schede separate).
Sulla scheda madre si inseriscono come componenti separati il microprocessore, la RAM e le varie schede
di espansione; vi si trovano inoltre le prese per il collegamento dell'hard disk e dei drive per i dischi mobili
(floppy e CD).
Microprocessore: spesso identificato con la CPU, è il nucleo del computer, si tratta del componente che
esegue le istruzioni dei vari programmi e sovrintende al funzionamento dell’intera macchina. È il
microprocessore che esegue tutti i calcoli, gestisce il trasferimento di dati attraverso la memoria e i dischi e
attiva/disattiva i componenti della macchina.
Il ritmo di lavoro del microprocessore (e di gran parte dei circuiti del computer) è cadenzato da un segnale
elettrico (detto clock) generato internamente al computer e costituito da rapidissimi impulsi che si ripetono
centinaia di milioni di volte per secondo. La velocità del clock (e quindi del microprocessore) si misura in
MegaHertz (MHz, ovvero milioni di impulsi per secondo) o, recentemente, in GigaHertz (GHz, miliardi di
impulsi per secondo). I processori più potenti attualmente in commercio per computer assemblati (autunno
2001) funzionano a 1,7 GHz, ciò significa che sono in grado di compiere quasi 2 miliardi di operazioni
elementari
ogni
secondo;
comunque
escono
di
continuo
processori
sempre
più
veloci.
Talvolta nei computer di marca il processore è direttamente integrato sulla scheda madre, ma di solito viene
tenuto come componente separato per dare all'acquirente la possibilità di sceglierne la potenza. È quasi
sempre nascosto sotto un dissipatore di calore o sotto una piccola ventola di raffreddamento.
Oggi i processori più diffusi fra i PC sono quelli della famiglia Pentium Intel.
Memoria RAM (Random Access Memory): è la memoria dove vengono conservati i dati in corso di
elaborazione (i documenti aperti) e le istruzioni del programma in esecuzione; si tratta di una memoria
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temporanea
che
si
cancella
completamente
quando
si
spegne
il
computer.
I documenti che si creano lavorando al computer (per esempio scrivendo un testo) vengono posti all'interno
della RAM e sono trasferiti sul disco (che, contrariamente alla RAM, costituisce una memoria permanente)
solo quando l'utente ne richiede espressamente il salvataggio. Per questo motivo, se salta la corrente
mentre si sta ancora lavorando, tutto il lavoro fatto dopo l'ultimo salvataggio viene irrimediabilmente perduto
con lo svuotamento della RAM.
Ma allora perché non lavorare direttamente sul disco facendo a meno della RAM? Dopotutto il disco è pur
sempre una memoria.
Il fatto è che la lettura/scrittura da disco è enormemente più lenta rispetto alla lettura/scrittura su RAM
(sull'ordine delle centinaia di migliaia di volte), perciò se si usasse solo l'hard disk non sarebbe possibile
eseguire nessuna operazione in tempi ragionevoli.
La capacità della RAM si misura in MegaByte (Mbyte), ovvero milioni di byte (essendo il byte lo spazio
richiesto per la memorizzazione di un carattere da tastiera). I computer oggi in commercio partono
tipicamente da 64 o 128 Mbyte di RAM. Se la RAM non è sufficiente per contenere tutti i dati necessari, il
computer esegue un'operazione detta swap (baratto), per cui, per liberare spazio, una parte del contenuto
della RAM viene temporaneamente ricopiata sul disco e recuperata successivamente in caso di necessità. È
chiaro però che questo tende a rallentare tutte le operazioni. Per limitare lo swap è sufficiente aggiungere
più RAM.
La capacità della RAM e la velocità del microprocessore sono appunto i due parametri che influiscono
maggiormente sulle prestazioni della macchina.
Hard Disk: o Disco Fisso è la memoria permanente del computer, in cui si conservano tutti i documenti, i
dati
e
i
programmi.
Viene
usato
dunque
come
memoria
di
immagazzinamento.
L'hard disk tipicamente non è visibile dall'esterno (esistono però modelli di hard disk estraibili come le
autoradio). La sua capacità si misura in GigaByte (Gbyte), ovvero miliardi di byte. I modelli oggi in
commercio superano i 40 Gbyte, ma ne escono continuamente di nuovi e più capienti.
Attualmente gli hard disk vengono prodotti secondo due diverse tecnologie: EIDE (Enhanced Integerated
Drive Electronics) e SCSI (Small Computer Systems Interface); i primi sono più economici, i secondi sono
più veloci.
La velocità del disco in genere non influisce molto sulle prestazioni della macchina, a meno che questa non
venga impiegata per funzioni che richiedono una frequente lettura/scrittura di dati (questo accade ad
esempio per macchine che gestiscono alcuni servizi di rete centralizzati, come la posta elettronica); per un
normale PC va benissimo un disco EIDE. La capacità del disco invece ha pochissima influenza sulle
prestazioni, a meno che il disco non si riempia completamente (e a quel punto non ci si può scrivere più
niente finché non si libera spazio).
1.2.3 Le porte di Input/Output
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Le porte di I/O sono una serie di prese, localizzate sul lato posteriore del computer, che vengono utilizzate
per collegare alla macchina tutti dispositivi esterni (monitor, tastiera, mouse, ecc.). La disposizione delle
porte varia da computer a computer.
Tipicamente sono poste direttamente sulla scheda madre le seguenti porte:
Porte PS/2 per il collegamento del mouse e della tastiera (una è dedicata al mouse e l'altra alla tastiera; non
si possono invertire).
Porta Seriale per il modem, o in generale per dispositivi che non richiedono un flusso di dati molto veloce
(fino a qualche anno fa veniva usata anche per il mouse).
Porta Parallela si usa quasi sempre per la stampante, ma in generale è adatta per qualunque dispositivo
che richieda un flusso di dati più veloce rispetto alla capacità della porta seriale.
Porta USB (Universal Serial Bus) di recente introduzione, è adatta per connettere al computer qualunque
tipo di dispositivo (purché compatibile col collegamento USB!).
La tecnologia USB consente di creare "catene" di dispositivi collegati tutti su un'unica porta (fino a 127),
inoltre consente il collegamento "a caldo" (cioè a computer acceso), mentre tutti i dispositivi non USB
devono sempre essere collegati a computer spento.
Le schede di espansione che vengono montate sulla scheda madre rendono poi disponibili molte altre porte,
fra cui le principali sono:
Porta Video (talvolta integrata direttamente sulla scheda madre, soprattutto nei modelli di marca) per
connettere il monitor al computer.
Porta di Rete per collegare la macchina direttamente ad una rete di computer, senza usare il modem. Ne
esistono di vari tipi, ma ormai la presa RJ45 ha di fatto rimpiazzato tutte le altre.
Porta SCSI per dispositivi che richiedono un flusso di dati molto veloce (scanner, masterizzatore esterno,
ecc.). La tecnologia SCSI consente inoltre, come la USB, il collegamento di dispositivi a catena (fino a 7),
ma non il collegamento a caldo. I
dispostitivi di I/O, o di Ingresso/Uscita, o Periferiche esterne sono tutti
quegli apparecchi che servono per il trasferimento di dati e informazioni fra il computer e il mondo esterno.
Molti dispositivi sono collegati al computer dall'esterno (attraverso le porte di I/O). ma talvolta alcuni
possono essere inseriti all'interno del computer stesso: per esempio il modem può avere la forma di una
scheda d'espansione.
Tastiera:
Nei
PC
moderni
si
collega
ad
una
porta
PS/2
appositamente
dedicata.
Le tastiere moderne (dette "estese", per contrasto con un vecchio tipo "standard") possiedono 101 tasti (o
104 se adattate per Windows), divisi in 4 gruppi:
Tasti Funzione: la fila in alto (Esc, F1, F2, ecc.); sono tasti che servono per impartire comandi. La loro esatta
funzione dipende dal programma che è attivo in quel momento.
Tasti Alfanumerici: il gruppo principale; sono all'incirca gli stessi tasti che si trovano sulle macchine da
scrivere (lettere, numeri, simboli e punteggiatura). In più vi si trovano i tasti modificatori Ctrl (Control) e Alt
(Alternate) che, assieme al tasto per le maiuscole, servono per modificare la funzione degli altri tasti (anche
in questo caso l'effetto dipende in generale da quale programma è attivo in quel momento).
La tastiera italiana possiede poi anche un tasto Alt Gr che serve per i tasti a tre funzioni; ad esempio il tasto:
produce la ò se premuto da solo, produce la ç se premuto assieme a "Maiuscolo" e produce la @ se
premuto assieme ad Alt Gr.
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Tastierino numerico: sono i tasti su lato destro. Costituiscono una semplice replica dei tasti numerici,
disposti, solo per comodità dell'utente, come in una calcolatrice.
Il primo tasto (Bloc Num o Num Lock) serve per attivarli/disattivarli.
Tasti Cursore:fra i tasti alfanumerici e il tastierino si trovano alcuni tasti che servono per lo spostamento del
cursore e lo scorrimento delle pagine.
La tastiera "base" è quella inglese che però non contiene le lettere accentate (perché in inglese non si
usano), per questo motivo in molti paesi sono state adottate delle tastiere nazionali, sacrificando alcuni
simboli poco usati come le parentesi graffe {} e la tilde ~ (presenti nella tastiera inglese) per sostituirli con
simboli propri dell'ortografia nazionale. In Italia, ad esempio, si usa una tastiera con le lettere accentate
minuscole. Gli altri simboli riconosciuti dal computer ma non presenti sulla tastiera (come ad esempio le
lettere accentate maiuscole: ÀÈÉÌÒÙ) possono essere comunque inseriti tenendo premuto Alt e digitando il
corrispondente codice ASCII col tastierino numerico.
In commercio si trovano anche modelli di tastiere ergonomiche, studiate per il comfort dell'utente (durezza
dei tasti, sagomatura, inclinazione, ecc.) in modo da ridurre al minimo l'affaticamento delle dita e dei polsi.
Naturalmente le tastiere ergonomiche costano di più di quelle normali.
Mouse: Il mouse fu introdotto assieme ai sistemi operativi di tipo grafico (Macintosh, Windows, ecc.) per
semplificare l'invio dei comandi alla macchina, comandi che in precedenza venivano impartiti unicamente
attraverso la tastiera. Lo spostamento del mouse controlla il movimento di un puntatore sullo schermo,
mentre i tasti inviano il comando.
I mouse per Macintosh possiedono un unico tasto, quelli per Windows due tasti (il sinistro per inviare il
comando e il destro per far comparire delle opzioni), esistono anche mouse a tre tasti usati con i sistemi Unix
e Linux. La Logitech produce inoltre un mouse particolare dotato di una rotella che serve per far scorrere le
pagine sul video.
Il mouse, come la tastiera, si collega al PC attraverso una porta PS/2 appositamente dedicata.
Trackball: alternativa al mouse, la trackball ne usa lo stesso meccanismo, avendo però la biglia sul lato
superiore invece che sul lato inferiore. Il movimento del cursore sullo schermo si comanda muovendo la
biglia con le dita senza spostare la trackball. In questo modo non occorre lo spazio che serve invece per
muovere il mouse.
Lo svantaggio è una certa scomodità d'uso (minore precisione e rapido affaticamento delle dita), oltre ad una
maggiore tendenza a raccogliere polvere e sporcizia. La trackball è usata soprattutto sui portatili (che
devono essere utilizzabili in ogni condizione, anche quando non c'è spazio per muovere un mouse),
sebbene nei modelli recenti sia stata sostituita dalla touch pad, un'area rettangolare sensibile al tocco delle
dita.
Tavoletta grafica: quando si deve usare il computer per disegni di precisione (tecnici o artistici) il mouse è
uno strumento del tutto inadeguato perché troppo difficile da controllare. Per questi casi esiste la tavoletta
grafica, che comanda il cursore sullo schermo facendo uso di uno speciale stilo su un piano sensibile,
esattamente come fosse una matita su un foglio di carta. Serve solo con i programmi di grafica avanzata.
Monitor: il monitor è la principale interfaccia fra l’utente e l’attività del computer, d'altronde la parola stessa
in inglese significa "controllare".
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I monitor più diffusi sono quelli a tubo catodico, che funzionano sullo stesso principio dei televisori: lo
schermo è composto da una fitta griglia di celle al fosforo che, colpite dal fascio di elettroni del tubo catodico,
si illuminano e formano l'immagine.
Esistono poi i monitor piatti a cristalli liquidi (usati soprattutto con i computer portatili) che producono
un'immagine molto più nitida e non emettono nessuna radiazione, ma che purtroppo costano molto di più dei
monitor a tubo catodico.
Alcuni modelli comprendono al loro interno anche le casse audio ed il microfono.
Esistono modelli di monitor sensibili al tocco di una speciale penna luminosa, in modo da poter essere usati
anche come una tavoletta grafica, altri sono invece sensibili al semplice tocco delle dita (li troviamo
soprattutto in luoghi pubblici, dove il mouse o la penna luminosa avrebbero una vita breve).
Il monitor si collega al PC attraverso la porta che si trova sulla scheda video.
Stampanti: si dividono in tre principali categorie:
ad aghi: sono le stampanti di vecchio tipo, ormai obsolete perché sono rumorose, molto lente e producono
stampe di bassissima qualità. Usano una testina ad aghi che batte su un nastro inchiostrato, come nelle
vecchie macchine per scrivere.
laser: usano una tecnologia simile a quella delle fotocopiatrici, sono adatte per grossi volumi di lavoro perché
riescono a stampare molto velocemente e silenziosamente, offrendo inoltre la migliore qualità di stampa.
a getto d’inchiostro: producono stampe di qualità leggermente inferiore rispetto alle stampanti laser, sono
generalmente più lente, ma anche più economiche e di dimensioni più contenute. La stampa avviene
spruzzando sulla carta un sottilissimo getto d’inchiostro liquido.
Però, contrariamente alla stampa laser, la stampa a getto d'inchiostro è solubile in acqua.
Esistono poi stampanti per usi professionali o tipografici, come le stampanti a sublimazione e thermal-wax
per riproduzioni di altissima qualità.
Una particolare categoria di stampanti sono i plotter che usano dei pennini ad inchiostro per disegnare su
fogli di grande formato. Servono per il disegno tecnico e sono usati perciò negli studi professionali e nei
centri di progettazione tecnica.
Le stampanti si collegano al PC attraverso la porta parallela.
Casse: La scelta delle casse deve avvenire in funzione della scheda audio: se la scheda audio comprende
solo le funzioni di base si useranno casse economiche, se invece è capace di riproduzioni audio di alta
qualità, effetti audio particolari come il Dolby surround, ecc., si potranno usare casse di qualità superiore e
impianti audio sofisticati. Sarebbe inutile usare casse di alta qualità con una scheda audio scadente, o
viceversa.
Masterizzatori: Sono i dispositivi usati per la scrittura su CD (il disco deve essere tale da consentire la
scrittura, altrimenti il masterizzatore non funziona). Funzionano anche come normali lettori di CD.
Tipicamente sono inseriti all’interno del computer e presentano uno sportello come i lettori CD, ma esistono
anche dei modelli esterni che si collegano al computer con un cavo. Come gli hard disk (e altri dispositivi)
esistono masterizzatori EIDE (più economici) e masterizzatori SCSI (più veloci).
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Zip: sono dispositivi simili ai drive floppy che usano un disco speciale (disco Zip) di capacità 70 - 170 volte
superiore a quella dei normali floppy disk. Sono usati come "backup" (copie di sicurezza di grandi quantità di
dati o documenti), oppure per trasferire grandi quantità di dati fra computer diversi.
Esistono sia drive esterni collegati con un cavo, sia drive fissi inseriti all'interno del computer come quelli del
floppy e del CD. Sia i dischi che i drive sono prodotti eslusivamente dalla Iomega.
Scanner: si tratta di dispositivi che consentono di acquisire testo e immagini stampate su carta per trasferirle
all’interno del computer. I modelli più versatili consentono anche l’acquisizione direttamente da diapositiva o
da negativo fotografico. Somigliano a piccole fotocopiatrici.
Gli scanner migliori usano la tecnologia SCSI per collegarsi al computer.
Modem: si usa per la trasmissione e ricezione di dati attraverso la linea telefonica ed in particolare per la
connessione ad Internet. I modem possono essere esterni al computer (collegati con un cavo) oppure interni
(in forma di scheda di espansione), ma in quest'ultimo caso presentano spesso problemi di incompatibilità
col resto dell'hardware.
La velocità con cui i modem sono in grado di scambiare i dati si misura in Kbit/secondo (Kbps) ovvero il
numero di bit che il modem riesce a trasferire in un secondo. Esistono quattro tipi principali di modem, a
seconda del tipo di linea telefonica disponibile:
Standard: Per la normale linea telefonica. I modem standard trasferiscono dati alla velocità di 56 Kbps, che
rappresenta comunque la capacità massima della linea (un flusso di dati maggiore non riuscirebbe a
passare). Quando il modem è collegato la linea è occupata e non è possibile usare il telefono (di fatto, il
collegamento alla rete tramite modem costituisce a tutti gli effetti una normale telefonata).
ISDN: Raggiungono i 128 Kbps, ma necessitano della linea ISDN (una linea telefonica particolare). La linea
ISDN consente anche l'uso del telefono mentre il modem è collegato (cosa impossibile con la linea normale)
sacrificando però metà della velocità (64 Kbps); altrimenti si può scegliere di dedicare l'intera linea al
modem.
ADSL: Raggiungono i 640 Kbps, ma necessitano della linea ADSL (una linea telefonica particolare). L'ADSL
costituisce un collegamento permanente 24 ore su 24 con la rete e non interferisce in nessun modo col
telefono (contrariamente ai modem standard e ISDN, l'ADSL non effettua telefonate, ma mantiene un
collegamento fisso), però si tratta di un servizio ancora piuttosto caro (viene richiesto un canone mensile di
50-100 Euro, a seconda del fornitore e del tipo di servizio, oltre al costo iniziale di attivazione).
GSM: Per i collegamenti tramite cellulare. Poiché in questo campo non non si è ancora affermato un
standard, ogni marca di telefoni cellulari produce un modem (di solito in forma di scheda) compatibile coi
propri modelli di telefonino. Può servire in casi di necessità, per postazioni mobili o temporanee.
I modem standard esterni si collegano al PC attraverso la porta seriale.
Videocamere: vengono usate per catturare immagini da elaborare o da trasmettere. Si va da videocamere
professionali per riprese di alta qualità, a piccole videocamere dette webcam usate per trasmettere riprese
video attraverso la rete.
La ripresa con una webcam ha sempre una qualità piuttosto bassa perché questo consente di ridurre al
minimo il flusso di dati (esigenza ancora oggi prioritaria per qualunque informazione viaggi su Internet).
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